JP7148713B2 - 位置合わせされた基準フレームを用いた物理空間における物体追跡のためのシステム - Google Patents
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Description
本出願は、2018年7月30日に出願された米国特許出願第16/049,074号の利益を主張する。
「基準のフレーム」または「基準フレーム」は、動きおよび静止を測定することができる基準である。物理空間内の互いに静止している点の任意の集合は、その物理空間内の物体の相対運動を測定するための空間基準フレームを提供することができる。本開示の目的のために、慣性基準のフレームは、Fin=(oin; xin; yin; zin)として定義することができる。この定義では、oinは慣性基準のフレームの原点の位置を表すベクトルであり、xin、yin、およびzin慣性基準のフレームの3つの軸の向きを表すベクトルである。本開示全体を通して、ベクトルおよび行列は、それぞれ太字の小文字および大文字で表される。本開示の目的のために、ナビゲーションフレームは、原点が時間とともに変化するように、動いている物体を中心とする基準フレームとして定義することができる。したがって、特定のナビゲーションフレームは、Fnav =(pb(t); xnav ; ynav; znav)として定義することができる。この定義では、pb(t)は、空間内の物体の位置を表すベクトルを提供し、ナビゲーションフレームの原点としての役割を果たす関数であり、xnav、ynav、およびznavはナビゲーション基準フレームの軸の向きを表すベクトルである。最後に、本体の基準のフレームは、物体を中心とするフレームであり、その軸はこの物体の向きに対して固定されている。これは、Fb =(pb(t); Qb(t) e1; Qb(t) e2; Qb(t) e3)と記すことができ、eiは、そのi番目の要素に1があり、それ以外の場所には0がある三次元ベクトルであり、Qb(t)は、時間の経過に伴う本体の向きを表す回転行列である。本明細書の慣例により、e1は、本体基準のフレーム内の本体の向首方位軸として選択される。
物体の向きと物理的位置の両方を追跡するシステムおよび方法が開示される。このシステムは、異なる基準フレームで測定を行う複数のセンサを含むことができる。開示されるシステムおよび方法は、それらのセンサの基準フレームを位置合わせすることによって、複数のセンサによって物体が高精度で追跡されることを可能にする。複数のセンサは、物体の異なる態様を測定することを課せられ得る。特定の実施形態では、デバイスの位置は、1つまたは複数の外部測位デバイスの形態のセンサによって測定することができ、一方、デバイスの向きは、内蔵センサによって測定される。1つまたは複数の外部測位デバイスは、第1の基準フレーム内の物体の位置を測定することができ、一方、内蔵センサは、第2の基準フレーム内の物体の向きを測定する。一般に、第1のフレームと第2のフレームとは本質的に位置合わせされていない場合がある(すなわち、各フレームの基底を構成するベクトルは2×2の共線ではない)。さらに、それらのフレームのハンデッドネス(handedness)に関して不確実性がある場合がある。本明細書に開示される方法およびシステムは、複数のセンサからのデータを統合された全体に結合することを可能にするために、異なる基準のフレーム間の変換の生成を可能にする。位置を追跡する外部センサと向きをタックする内蔵センサとの組の例では、その後、変換を使用して、単一の基準フレーム内で物体の位置および向きを正確に追跡することができる。物体の位置は第1の基準フレーム内で取得することができ、物体の向きは第2の基準フレーム内で取得することができ、変換を使用して2つの測定値の組をつなぎ合わせて、物理空間内の物体の完全なモデルを提供することができる。
物理空間内の物体を正確に追跡するために使用されるシステムおよび方法が、本明細書で以下に詳細に開示されている。システムは、異なる基準のフレーム内で測定を行い、それらの基準のフレーム間の変換を行う複数のセンサまたはセンサの組を含むことができる。その後、種々の基準のフレーム内で取得された測定値を使用して、変換および測定値自体を使用することによって物体を追跡することができる。この節において開示されるこれらのシステムおよび方法の特定の実施形態は、説明の目的で提供され、本発明を限定することを意図するものではなく、その範囲は、添付の特許請求の範囲によって提供される。これらの特定の実施形態の組は、図1を参照して説明することができる。
Claims (15)
- システムであって、
物体と、
前記物体上の内蔵センサと、
1つまたは複数の外部測位デバイスを有する測位システムと、
前記測位システムによって知られている位置を有する点の集合であり、
前記1つまたは複数の外部測位デバイスは、方向付けシーケンスにおいて前記点の集合に向かって前記物体を方向付けるための指示を提供するように構成されている、点の集合と、
前記方向付けシーケンスに従って、前記1つまたは複数の外部測位デバイスを使用して、第1の基準フレーム内の前記物体の位置値のシーケンスを取得することと、
前記方向付けシーケンスに従って、前記内蔵センサを使用して、第2の基準フレーム内の前記物体の向首方位値のシーケンスを取得することと、
前記第1の基準フレーム内の前記物体の前記位置値のシーケンスを使用して、前記第1の基準フレーム内の前記物体の向首方位値のシーケンスを導出することと、
前記第1の基準フレーム内の前記物体の前記向首方位値のシーケンスおよび前記第2の基準フレーム内の前記向首方位値のシーケンスを使用して、前記第1の基準フレームと前記第2の基準フレームとの間の変換を生成することと
を行うための命令を記憶している1つまたは複数のコンピュータ可読媒体と
を備え、
前記第1の基準フレーム内の前記物体の前記向首方位値のシーケンスを導出することは、前記第1の基準フレーム内の前記物体の前記位置値のシーケンスおよび前記第1の基準フレーム内の前記外部測位デバイスの前記位置値のシーケンスを使用する、システム。 - 前記点の集合は、前記外部測位デバイスのうちの1つまたは複数を含む、請求項1に記載のシステム。
- 前記1つまたは複数のコンピュータ可読媒体は、
前記1つまたは複数の外部測位デバイスからの位置データ、前記内蔵センサからの向きデータ、および前記変換を使用して前記物体を追跡するための命令をさらに記憶している、請求項2に記載のシステム。 - 前記1つまたは複数の外部測位デバイスは、
前記方向付けシーケンスに従って、人間が知覚可能な信号のシーケンスを生成することと、
前記方向付けシーケンスに従って、確認のシーケンスを受信することと
を行うように構成されることによって、前記シーケンスにおいて前記1つまたは複数の外部測位デバイスに向かって前記物体を方向付けるための指示を提供するように構成されており、
前記人間が知覚可能な信号のシーケンスの前記生成は、前記確認のシーケンスの前記受信によってゲーティングされる、請求項2に記載のシステム。 - 前記人間が知覚可能な信号のシーケンスの前記生成は、前記1つまたは複数の外部測位デバイス上で電子的に実行され、
前記人間が知覚可能な信号のシーケンス中の前記人間が知覚可能な信号は、聴覚信号および視覚信号のうちの一方であり、
前記確認のシーケンス中の前記確認は、前記物体が受け取ったユーザ入力に応答して前記物体上で生成される、請求項4に記載のシステム。 - 前記確認のシーケンス中の各確認は、前記物体が移動された後に静止していることを前記内蔵センサが検出したことに応答して、前記物体上で自動的に生成される、請求項4に記載のシステム。
- 前記1つまたは複数の外部測位デバイスは、
前記1つまたは複数の外部測位デバイスの各々の外面上の記号の組とは異なる記号を表示すること
によって、前記シーケンスにおいて前記1つまたは複数の外部測位デバイスに向かって前記物体を方向付けるための指示を提供するように構成されており、
前記記号の組は、前記方向付けシーケンスを示す、請求項2に記載のシステム。 - 前記第1の基準フレームは慣性基準のフレームであり、
前記1つまたは複数の外部測位デバイスは、一連の無線信号の飛行時間分析を使用して、前記第1の基準フレーム内の前記物体の前記位置値のシーケンスを取得し、
前記第2の基準フレームはナビゲーション基準のフレームであり、
前記物体上の前記内蔵センサは、(i)磁北を測定する磁力計、および(ii)重力の方向を測定するためのジャイロスコープのうちの少なくとも1つを使用して、前記第2の基準フレーム内の前記物体の前記向首方位値のシーケンスを取得する、請求項2に記載のシステム。 - 前記第2の基準フレーム内の前記物体の前記向首方位値のシーケンス中の各向首方位値を取得することは、
前記内蔵センサを使用して、前記物体の物理的な向きベクトルを測定することと、
前記物理的な向きベクトルおよび前記物体の事前にプログラムされた知識を使用して、前記物体の向首方位を決定することと
を含む、請求項2に記載のシステム。 - 前記1つまたは複数の外部測位デバイスと1対1で対応する1つまたは複数の無線送信機をさらに備え、前記無線送信機は、前記外部測位デバイスが他の外部測位デバイスおよび前記物体と通信することを可能にするように構成されており、
前記物体は遠隔制御装置である、請求項2に記載のシステム。 - プロセスであって、
物体が物理的に第1の測位デバイスに向けられている間に、
(i)前記第1の測位デバイスおよび第2の測位デバイスを使用して、第1の基準フレーム内の物体の第1の位置、および
(ii)前記物体上のセンサを使用して、第2の基準フレーム内の前記物体の第1の向首方位
を取得することを含み、
前記物体が物理的に前記第2の測位デバイスに向けられている間に、
(i)前記第1の測位デバイスおよび前記第2の測位デバイスを使用して、前記第1の基準フレーム内の前記物体の第2の位置、および
(ii)前記物体上の前記センサを使用して、前記第2の基準フレーム内の前記物体の第2の向首方位
を取得することと、
(i)前記第1の基準フレーム内の前記物体の前記第1の位置を使用して、前記第1の基準フレーム内の第3の向首方位、および
(ii)前記第1の基準フレーム内の前記物体の前記第2の位置を使用して、前記第1の基準フレーム内の第4の向首方位
を導出することと、
前記第1の向首方位、前記第2の向首方位、前記第3の向首方位、および前記第4の向首方位を使用して、前記第1の基準フレームから前記第2の基準フレームへの変換を生成することと
を含む、プロセス。 - 前記第1の測位デバイスおよび前記第2の測位デバイスからの位置データ、前記センサからの向きデータ、および前記変換を使用して前記物体を追跡すること
をさらに含む、請求項11に記載のプロセス。 - 方向付けシーケンスにおいて前記第1の測位デバイスおよび前記第2の測位デバイスに向かって前記物体を方向付けるための指示を提供すること
をさらに含む、請求項11に記載のプロセス。 - 前記方向付けシーケンスにおいて前記第1の測位デバイスおよび前記第2の測位デバイスに向かって前記物体を方向付けるための指示を提供することは、
前記方向付けシーケンスに従って、人間が知覚可能な信号のシーケンスを生成することと、
前記方向付けシーケンスに従って、確認のシーケンスを受信することと
を含み、前記人間が知覚可能な信号のシーケンスの前記生成は、前記確認のシーケンスの前記受信によってゲーティングされる、請求項13に記載のプロセス。 - プロセスであって、
方向付けシーケンスにおいて点の集合に向かって物体を方向付けるための指示を提供することであり、前記点の集合は測位システムによって知られている位置を有し、前記測位システムは、1つまたは複数の外部測位デバイスを含む、指示を提供することと、
前記方向付けシーケンスに従って、内蔵センサを使用して、第2の基準フレーム内の前記物体の向首方位値のシーケンスを取得することと、
前記方向付けシーケンスに従って、前記1つまたは複数の外部測位デバイスを使用して、第1の基準フレーム内の前記物体の位置値のシーケンスを取得することと、
前記第1の基準フレーム内の前記物体の前記位置値のシーケンスを使用して、前記第1の基準フレーム内の前記物体の向首方位値のシーケンスを導出することと、
前記第1の基準フレーム内の前記物体の前記向首方位値のシーケンスおよび前記第2の基準フレーム内の前記物体の前記向首方位値のシーケンスを使用して、前記第1の基準フレームと前記第2の基準フレームとの間の変換を生成することと
を含み、
前記第1の基準フレーム内の前記物体の前記向首方位値のシーケンスを導出することは、
前記第1の基準フレーム内の前記物体の前記位置値のシーケンスおよび前記第1の基準フレーム内の前記外部測位デバイスの前記位置値のシーケンスを使用する、プロセス。
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